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  • Filtro de Harmnicos Hbridos

    1

    Disciplina: Condicionadores de Energia- CEN

    Professor: Marcello Mezaroba

    Mestrandos: Everton Peres Correa

    Marcus Vieira Soares

    2016

  • Filtros de Harmnicos Hbridos

    Composto por um filtro passivo sintonizado e um filtro ativo;

    Apontados como soluo plausvel para compensao harmnica com

    baixo custo e elevada eficincia;

    O filtro ativo possui baixa potncia nominal enquanto que o filtro passivo

    processa a maior parcela de potncia;

    O filtro passivo cria um caminho de baixa impedncia para componentes

    harmnicas de corrente na qual encontra-se sintonizado;

    Quando um filtro passivo paralelo opera com um filtro ativo paralelo visa-

    se a compensao de harmnicos na corrente;

    Quando o mesmo opera com um filtro ativo srie visa-se a compensao

    de harmnicos na tenso;

    A metodologia de projeto de potncia de filtro hbridos similar s de

    filtro passivos shunt e filtro ativos, porm procura-se um menor

    processamento de potncia pelos dispositivos chaveados;

  • 3

    Filtro Ativo Paralelo + Filtro Ativo Sintonizado

    Caractersticas:

    Filtro Passivo compensa harmnicos de baixa frequncia;

    Filtro Ativo compensa harmnicos de alta frequncia;

    Potncia do FAP reduzida;

    Tenso do FAP a mesma do PCC;

    3

  • 4

    Equaes para os projeto de Filtro passivos shunt

    21

    2222

    12

    1

    22

    1 IKILhIRIKRIKI

    IKR hhshshs

    hh

    hh

    h

    QRL hh

    h

    hh

    Lh

    QRC

    22

    h: ordem do harmnico

    Rh: resistncia srie do filtro para o harmnico h

    Kh: valor mximo permitido para o harmnico h (% de I1)

    I1: valor eficaz da fundamental da corrente do alimentador

    Ih: valor eficaz do harmnico h da corrente do alimentador

    Rs, Ls: resistncia e indutncia srie do alimentador

    : frequncia angular da tenso do alimentador

    Resistncia do

    filtro sintonizado:

    Indutncia do

    filtro sintonizado:

    Capacitncia do

    filtro sintonizado:

  • Malha de Controle

    Malha de controle do FAP (Similar a da operao singular)

    5

  • Especificaes dos Dispositivos

    6

    0 (potncia da carga) 30,06 k

    (Frequncia de comutao) 50 k

    0 (Tenso do barramento CC) 800V

    0(Ondulao de tenso mxima no barramento) 1%

    (Ondulao de corrente mxima) 5%

    fres (Frequncia de ressonncia do filtro LC) 2150 Hz

    (Potncia Nominal do Filtro Ativo) 3 kVA

    (Potncia nominal do trafo) 45

    (Impedncia do trafo) 6%

    (Potncia nominal das cargas) 45

    Carga resistiva 20%

    Carga RL 30%

    Retificador 3 com filtro capacitivo e carga RC 30%

    Retificador 3 controlado com carga L (=60) 20%

  • Equaes de Projeto FAP

    7

    2

    / 3746

    2 .

    oo

    b b

    PC F

    f V V

    8674

    bMIN

    L s

    VL H

    I f

    16,333

    2ns s

    s s

    f C FL C

    64

    ss s

    ns s

    RR

    f L

    Planta de Corrente:

    _

    ( )( )

    ( )

    fs bis PWM i s

    fss

    i s VG s K K

    sLd s

    1 1

    k 2

    SV rdVT

    SI B B

    K VG

    V s C

    Planta de Tenso de Barramento

    1 1

    k 2

    SVVD

    SI B

    KG

    s C

    Planta de Tenso Diferencial

    Capacitor do barramento(Co):

    Indutor do Filtro de sada (Lf):

    Capacitor do Filtro de Sada (Cf):

    Resistor do Filtro de Sada (Rf):

    Dimensionamento de componentes Modelos das plantas a serem

    controladas

  • Diagramas de bode

    Malha da tenso total de barramento Malha da tenso diferencial

    Para a planta de corrente foi utilizado um ganho do tipo proporcional unitrio.

    -100

    -50

    0

    50

    100

    150

    Ga

    nho

    (d

    B)

    10-2

    10-1

    100

    101

    102

    103

    104

    -180

    -135

    -90

    -45

    0

    Fa

    se

    (d

    eg

    )

    Bode Diagram

    Frequncia (Hz)

    Gvt

    Cvt

    FTMAvt

    -100

    -50

    0

    50

    100

    150

    Ga

    nho

    (d

    B)

    10-2

    10-1

    100

    101

    102

    103

    104

    -180

    -135

    -90

    -45

    0

    Fa

    se

    (d

    eg

    )

    Bode Diagram

    Frequncia (Hz)

    GV

    CV

    FTMAv

  • Simulao

    Circuito do sistema a ser compensado

    9

  • Simulao

  • Simulao

    Malha de Controle Implementada no Circuito de Simulao

    11

  • 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 490

    1

    2

    3

    4

    5

    6

    7

    8

    harmnicas

    perc

    entu

    al [%

    ]

    Harmnicas da corrente rede sem compensao

    Irede

    IEEE 519

    0.4 0.41 0.42 0.43 0.44Time (s)

    0

    -200

    -400

    200

    400

    Iph_R V_Ph_R

    Tenso e Corrente No Compensado

  • Corrente e Tenso Compensado com o Filtro Sintonizado

    13

    THDi

    2,06%

    THDv

    3,16%

    0

    -200

    -400

    200

    400

    V_Ph_R V_Ph_S V_Ph_T

    0.4 0.41 0.42 0.43 0.44Time (s)

    0

    -50

    -100

    50

    100

    Iph_R Iph_S Iph_T

    0

    -20

    -40

    20

    40

    I_Cap_R I_Cap_S I_Cap_T

    0.4 0.41 0.42 0.43 0.44Time (s)

    0

    -50

    -100

    50

    100

    IcargaR Iph_R I_Cap_R

    Corrente

    dos filtros

    passivos

  • Tenso e Corrente Compensado com o FAP

    14

    0

    -200

    -400

    200

    400

    V_Ph_R V_Ph_S V_Ph_T

    0.4 0.41 0.42 0.43 0.44Time (s)

    0

    -50

    -100

    50

    100

    Iph_R Iph_S Iph_T

    0-10-20-30

    102030

    I_Cap_R IconvR

    0.4 0.41 0.42 0.43 0.44Time (s)

    0

    -50

    -100

    50

    100

    Iph_R IcargaR IconvR+I_Cap_R

    THDi

    1,71%

    THDv

    2,37 %

  • Amplitude dos Harmnicos de Corrente e Tenso compensado FHP

    16

    3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 490

    1

    2

    3

    4

    5

    6

    7

    8

    harmnicas

    per

    cen

    tual

    [%

    ]Harmnicas da tenso do PAC rede com compensao

    VPAC

    IEEE 519

    Prodist

    3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 490

    1

    2

    3

    4

    5

    6

    7

    8

    harmnicas

    per

    cen

    tual

    [%

    ]

    Harmnicas da corrente rede com compensao

    Irede

    IEEE 519

  • Filtros Hbridos (ativo srie + passivo shunt)

    16

    Os filtros passivos shunt apresentam uma impedncia alta na frequncia

    fundamental e uma impedncia muito baixa para os harmnicos, evitando

    que eles circulem pela impedncia da rede;

    No entanto, certo pontos fracos so apresentados:

    Seu funcionamento altamente dependente da impedncia da fonte,

    que no precisamente conhecida;

    Pode entrar em ressonncia com a impedncia da fonte e assim

    ampliar a amplitude dos harmnicos;

    A associao do filtro passivo shunt com o filtro ativo srie reduz as

    deficincias que uma ou outra estrutura operadas isoladamente possam

    ter.

    A impedncia do filtro passivo deve ser menor que a impedncia da fonte

    na frequncia de sintonia para permitir a atenuao requerida.

    O filtro ativo funciona como uma alta impedncia nas frequncias de

    sintonia do filtro passivo;

  • Filtros Hbridos (ativo srie + passivo shunt)

    Topologia bsica (esquema unifilar e circuito equivalente monofsico)

  • Filtros Hbridos (ativo srie + passivo shunt)

    Para o projeto de controle do filtro ativo necessrio obter apenas

    uma parcela de componentes das harmnicas, assim evitando de

    corrigir a componente da fundamental.

    Utiliza-se, portanto, um filtro rejeita faixa de segunda ordem na

    medio da corrente da carga

    Um fator K determinado de modo a emular uma resistncia para

    as mltiplas frequncias, permitindo que a impedncia da fonte

    seja maior em relao a impedncia do filtro passivo shunt.

  • Variveis de Projeto

    19

    Parmetros Valores

    Vs (Tenso do alimentador fase-neutro) 230 V

    frd (Frequncia da Rede) 50 Hz

    Rs (Resistncia srie da rede) 70,56m

    Ls (Indutncia srie da rede) 673,54H

    (Ondulao de corrente mxima) 5%

    fres (Frequncia de ressonncia do filtro LC) 2150 Hz

    So (Potncia Total das Cargas) 45kVA

    Porcentagem de So Cargas

    20% Resistiva

    30% Resistiva-indutiva

    30% Retificador 3 com filtro C e carga resistiva

    20% Retificador controlado com carga fortemente

    indutiva (=60)

  • 8674

    bMIN

    L s

    VL H

    I f

    16,333

    2ns s

    s s

    f C FL C

    64

    ss s

    ns s

    RR

    f L

    Planta de tenso do transformador (com

    relao unitria) por razo cclica do FAS:

    Indutor do Filtro de sada (Lf):

    Capacitor do Filtro de Sada (Cf):

    Resistor do Filtro de Sada (Rf):

    Equaes do projeto do FAS

    11

    )(2

    sCRsCL

    VsG

    ff

    ff

    cc

  • Diagramas de bode

    -150

    -100

    -50

    0

    50

    100

    Ga

    nho (

    dB

    )

    101

    102

    103

    104

    105

    106

    -180

    -135

    -90

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